[发明专利]一种无位置传感器直接转矩电机控制系统的切换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无位置传感器直接转矩电机控制系统的切换方法。

背景技术

直接转矩控制（Direct Torque Control——DTC），国外的原文有的也称为Direct self-control——DSC，直译为直接自控制，是指把转矩直接作为被控量控制，其实质是用空间矢量的分析方法，以定子磁场定向方式，对电机定子磁链和电磁转矩进行直接控制的。这种方法不需要复杂的坐标，而是直接在电机定子坐标上计算磁链的模和转矩的大小，并通过磁链和转矩的直接跟踪实现PWM脉宽调制和系统的高动态性能，在控制过程中需要有检测转子磁极位置的位置传感器，并通过位置传感器检测转子磁极位置，用于实现后续控制过程。

传统中位置传感器通常采用旋转变压器、光电式传感器、磁阻元件、霍尔元件或高频耦合式位置传感器等机械式位置传感器，但存在很多缺点，如安装位置传感器造成电机体积增加，同时位置传感器及其连接线等部件的耗用又导致了电机成本的增加，并且位置传感器的输出信号一般都是弱点信号，易引入干扰；高温、低温、污浊空气等工作环境及振动、高速运行等工作条件，都会降低传感器的可靠性。

为此，近年来已有较多关于取消传统的机械位置传感器，采用无（机械）位置传感器的电机控制运行技术公开，其工作原理是通过对电机的磁链、电流和电压等物理量，进行相应的处理间接获得转子位置。现有的方法一般主要基于反电动势信号来获取转子位置。而由于电机在静止或低速时的反电动势为零或很小，导致无法获得准确的转子位置，造成电机起动失效，因此需要设置其它方法来实现电机的起动，目前已公开的方法一般采用开环控制起动，然后再切换到闭环控制运行，但切换时存在冲击，稳定性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无位置传感器直接转矩电机控制系统的切换方法，实现了电机从开环控制起动到闭环控制运行的无扰动切换，有效保证了切换瞬间控制的稳定性。

有鉴于上述现有的无位置传感器直接转矩电机控制系统在切换中存在的缺陷，本申请人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，经过大量实验摸索，研制出本发明，能够很好地克服现有无位置传感器直接转矩电机控制系统在切换时存在的缺陷。

本发明的技术方案采用如下： 

一种无位置传感器直接转矩电机控制系统的切换方法，其中：在开环控制起动状态与闭环控制运行状态的切换过程中增加无扰动切换段，所述的无扰动切换段是指在切换时间段内保持切换频率运行，获取对电机闭环控制运行需要的各参数估算量，为电机从其开环控制起动状态到闭环控制运行状态做准备，并在切换时把各参数估算量作为电机闭环控制运行的相应控制参数，以实现电机从开环控制起动状态到闭环控制运行状态的无扰动切换。

优选地，所述的各参数估算量包括定子磁链、电磁转矩以及转子速度；所述的电机闭环控制运行的相应控制参数包括定子磁链矢量幅值设定值的初始值、速度环积分项的初始值以及力矩环积分项的初始值。

优选地，所述的无扰动切换段的具体步骤为：

（1）所述的无扰动切换段在切换时间段内保持切换频率运行；

（2）根据定子输出电压U_s和检测得到的定子电流i_s估算定子磁链估算矢量幅值ψ_sf和定子磁链估算矢量角；

（3）基于定子磁链估算矢量角估算转子速度估算值W_rf，并基于定子磁链估算矢量幅值ψ_sf和定子电流i_s估算电磁转矩估算值T_ef；

（4）在切换时，将切换前瞬间的转子速度估算值W_rf作为电机闭环控制运行的转子反馈速度，将切换前瞬间的电磁转矩估算值T_ef作为力矩环的反馈力矩，并把该反馈力矩值赋给速度环积分项，作为速度环积分项的初始值，赋力矩环积分项的初始值为零；将定子磁链估算矢量幅值ψ_sf作为定子磁链矢量幅值设定值的初始值。

进一步优选地，所述的第（2）步骤的计算方法为：